DE2041553C3

DE2041553C3 - Anordnung für einen in einem Abstand von einer Schiene schwebend geführten Elektromagneten

Info

Publication number: DE2041553C3
Application number: DE2041553A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Gebhardt; Max Goepfert
Original assignee: Krauss Maffei AG
Current assignee: Mannesmann Demag Krauss Maffei GmbH
Priority date: 1970-08-21
Filing date: 1970-08-21
Publication date: 1974-07-25
Also published as: US3742862A; JPS5123772B1; GB1325238A; DE2041553B2; DE2041553A1; FR2104280A5

Description

Die Erfir lung bezieht μ cn au! eine Anordnung für einen m einen! Abfand ',on einer Schiene schwebend geführten Elekiromag'..eU-η. bei der der Abstand zwischen Schiene ur i Elektromagnet mi: ein.-m neben dem Elektromagneten angeordneten Meßwertgeber erfaßt ί Istwert) und mit einem Sollwert verglichen wird und auf Grund des Vergleiche·· die Erregung des Elektromagneten gesteuert wird.

Mit derartigen Anordnungen ist es möglich, grolie Lasten. die mil den Elektromagneten verbunden sind, schwebend und damit reibungslos über weite Strecken fortzubewegen. Diese Anordnungen können /um Betrieb von Schwebebahnen verwende! werden. Jeder Wagen der Bahn ist mit Elektromagneten ausgerüstet, die sich in Trag- und Führungsmagnete aufteilen. Die Tragnviimetc stehen zum Tragen der Lasten mit einer Tragschiene, die Führungsmagnete zur seitlichen Führung mit Führungsschiener in Verbindung. Die Schwebebahn kann in vorteilhafter Weise mit linearen Induktionsmo'.oren angetrieben werden. Aus den Patentschriften M3 316, 644 302 und 707 032 sind beispielsweise derartige Schwebebahnen bekannt geworden.

Voraussetzung für das Schweben ist die Steuerung d';r Erregerströme der Elektromagnet, da sich bei gleichen Erregerströmcri und Veränderungen im Ab stand Elektromagnet — Schiene, z. B. durch Veränderung der Last, durch einen ungenauen Verlauf der Schienen od. dgl., die Zugkraft ändert und der Elektromagnet damit vollkommen an die Schiene angezogen oder abgeworfen wird.

Die Steuerung der Erregerströme muli daher im Rahmen einer Regelung zur Einhaltung eines gewünschten Abstandes erfolgen. Ohne weitere stabilisierende Maßnahmen würde jedoch bei einer derartigen Regelung mechanisch-elektrische Selbsterregung in dem System Elektromagnet — Richtkraft auftreten. Die bisher bekannten Anordnungen benötigen einen erheblichen elektrischen Aufwand und

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6o komplizierte Schaltungen zur Dampfung und Beseitigung dieser Schwingneigung. Dies ist damit _7U erklären daß die Schwingneigung nicht nur innerhalb ei.ics bestimmten Frequenzbereiches liegt, sondern ein ganzes Spektrum erfaßt, welches sich wiederum verschiebt bei verschiedenen Absländen des Magneu-ii von der Schiene.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weniger komplizierte Anordnung zur Dämpfung der Schwingneigung anzugeben.

Ausgehend von einer Anordnung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Meßwertgeber als magnetisch-elektrischer Wandler ausgebildet und derart im Feldbereich des Elektromagneten angeordnet ist, daß das Feld des Elektromagneten einen gegenkoppelnden Einfluß auf den Meßwert hat. Auf diese Weise wird eine sehr einfache Lösung des Problems !-!•■•■!•■iii Der Meßwertgeber v.ird narüiicri Jirtk; ion icyiiJicr Änderung des \om elektromagnetischen Scii^ebic-rr.agncten erzeugten Fe:ü<:s. <<-ϊ diese durch Ab-ianov,!!u!ering "der durch Änderung des Erreger -,,..,!TiC-S eniuanden. beeinflußt. Jede FeidanderuriL' wird ai-u unmittelbar durch direkte Beeinflussung des magnetisch-elektrischen Vvandiers gegengekoppelt: damit wird die Schwingneigung in allen Bereichen gedampft. Der Vorteil der Erfindung liegt ;:isi, dann."daß mit einfachen Mitteln und damit mit geringem Aufwand für eine Beseitigung der mechanisch-eiektn ,.hen Selbsterregung gesorgt ist

Eine· vi;rieilhafte Ausgestaltung erfahr; die t;rnn-•Jijng dadurch, daß der Meßwertgeber aus einem Permanentmagneten und aus einem Haügeneratcr auf»el'^:Ji:i is!, der in dem permanentmagnetischen Feld /wischen Schiene und Permanentmagnet angeordnet ist. Auf diese Weise ist ein einfacher magnetisch-elektrischer Abstandsfühler realisiert, auf den das magnetische feld des Schwebemagneten direkt gegengekoppelt ist

"in den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Da für jeden Elektromagneten der gleiche Regelkreis vorgesehen ist. ist die Beschreibung und Darstellung auf einen Regelkreis beschränkt.

Fig. I zeigt das Regelschema für einen Elektromagneten.

F i g. 2 den Stromlaufplan und

Fig. 3 eine konstruktive Ausführung.

Das Schema nach F i g. I zeigt im Blockbild den Regelkreis für einen Elektromagneten. Der Regelkreis besteht aus einzelnen Baugruppen, und zwar aus einem Elektromagneten 1. der eine bestimmte einstellbare Zugkraft erzeugen muß. einem Meßwertgeber 2. der mit dem Elektromagneten starr verbunden ist und den Abstand zur Trag- oder Leitschiene 3 auch bei Änderungen desselben ohne Verzögerung erfaßt, einem Meßwerlumformer 4. in dem das Istwurbignul verstärkt und mit einem Sollwert verglichen wird, einem Sollwertstcller 5, mit dem der Abstand zur Trag- oder Leitschiene 3 vorgegeben ist (Sollwert), einem Leistungsverstärker 6 zum Ansteuern des Elektromagneten 1 und einem Netzteil 7 zur Versorgung des Elektromagneten I und der im Ausführungsbeispiel dargestellten Elektronik.

Der Meßwertgeber 2 besteht aus der Anordnung eines Permanentmagneten und eines Hallgcncrators. der in dem permanentmagnetischen Feld zwischen Schiene und Magnet angeordnet ist. Ein Verkleinern

oder Vergrößern des Luftspaltes wird damit elektrisch durch die entsprechende Hallspannung an den Meßwertumformer 4 geleitet. Mechanisch ist der Meßwertgeber 2 mit dem Elektromagneten 1 zu einer festen Einheit zusammengebaut. Die Hallspannung stellt den Istwert dar und wird mit einem vorgegebenen Sollwert im Meßwertumformer 4 vorverstärkt und verglichen. Das Ausgangssignal des Meßwertumformers 4 fährt über den Leistungsverstärker 6 zum Elektiomagneten 1 und schließt so den Regelkreis. Wird der Abstand des Meßwertgebers 2 zur Schiene durch eine Störgröße positiv oder negativ verändert, so wird entsprechend der Änderung die Erregung des Elektromagneten verstärkt oder geschwächt, so daß sich immer der gleiche Abstand zur Trag- oder Leitschiene 3 einstellt. Um ein möglichst schwingungsfreies Einstellen zu gewährleisten, wird die eriindungsgemäße magnetische Rückkopplung verivendet. indem ein Teil des magnetischen Flusses vom riektromugneten auf den Hallgenerator zurückgeführt wird, was durch die gestrichelte Linie angedeutet ist. Durch Justieren des Meßwertgebers 2 kann dieser Effekt optimal wirksam gemacht werden.

In dem Stromlaufplan nach F i g. 2 sind die einzelnen Teile des Regelschemas nach F i g. I als gestrichelt dargestellte Kästchen zu erkennen. Zusatzlich ist ein Impedanzwandler 12 und ein Überspannungsschutz 15 vorgesehen. Wie bereits im Regelschema nach F i g. 1 angedeutet, wird der Abstand ties Meßwertgebers 2 zur Schiene durch einen Hallgenerator 8 über die magnetische Induktion im Luftspalt des nicht dargestellten Permanentmagneten gemessen. Die Ausgangsspannung Ui, des Hallgenerators 8 ist von der Steuerspannung U< stark abhängig. Um diesen Störfaktor auszuschalten, muß bei einer so präzisen Messung, wie sie hier notwendig ist, die Steuerspannung i/s an dem Hallgenerator 8 sehr konstant gehalten werden. Das Netzteil 7 für die Versorgung muß diese Anforderung erfüllen. Das Netzteil ist in an sich bekannter Art aufgebaut und hier nicht näher erläutert.

Der verwendete Hallgenerator 8 kann z. B. einen Temperaturfchler von 2⁰U₁C"' haben, der nicht über einen größeren Bereich der Temperatur proportional ist. Zur thermischen Kompensation und zur Kompensation von eventuell auftretenden Versorgungsspannungsänderungcn wird der Hallgenciator 8 mit Spannungstcilerwiderständen 17-11 und 18-19 und einer Siliziumdiode 10 jedoch in einem günstigen Bereich gehalten. Der Hallgenerator 8 wird durch den Steuerstrom /s auf seinen Arbeitspunkt gebracht. Zur zusätzlichen Stabilisierung dient die Silizium diode 10, die als Referenzdiode geschaltet ist. Der über die Spannungsteiler 19-18 und 17-11 fließende Strom i_K dient sowohl zur Kompensation als auch zur Arbeitspunkteinstellung. Ändert sich nun aus irgendeinem Grund die Steuerspannung L'_v so ändert auch die Hallspannung U_n ihren Wert.

Durch Gegenschaltung der Spannungen U_s und U₀ über die Widerstände 17-11 und 18-19 stellt sich immer die gleiche DiPEerenzspannung U_E ein. Die DifTerenzspannung Uy. ändert sich nur bei Ände-

rungen des magnetischen Flusses durch den Hallgenerator. An einem verstellbaren Widerstand Il im Hallgeneratorkreis wird der Sollwert eingeteilt und bestimmt den Abstand des Magneten I von der Schiene 3.

ίο Die DirTerenzspannung Uy. liegt an dem Eingang des DifTerenzoperationsverstärkers 9. Der Ausgang des Operationsverstärkers 9 führt über den Impedanzwandler 12 zur Leistungsstufe 6, die den Elektromagneten 1 steuert. Die Leistungsstufe ist über zwei

in Reihe liegenden Dioden 13, 14 angekoppelt, um die am Impedanzwandler 12 anstehende Restspannung zu kompensieren. Der Elektromagnet kann damit vollkommen stromlos gemacht werden. Beim schnellen Abregein oder Abschalten des Magneten 1

2u entsteht eine Überspannung. Der Leistungslransistor 16 wird jedoch durch d-'n Überspannungsschutz 15 vor dieser geschützt. Der als BegrenzungsschaltLing auszuführende Überspannungsschutz 15 ist in an sich bekannter Weise aufgebaut und hier nicht näher dargestellt.

Die gesamte Spannungsverstärkung vom Eingang des Operationsverstärkers bis zum Magneten beträgt z. B. etwa 10«. Wegen der hohen Verstärkung ist eine nicht näher bezeichnete Gegenkopplung des Verstär-

kers 9 vorgesehen, die da_;; Eigenrauschen dämpft. Für den Regelvorgang des Schwebens ist diese Gegenkopplung jedoch praktisch unwirksam.

Bemerkenswert bei dieser Regelung ist, daß keinerlei Differenzier- oder Integrierglieder vorgesehen

sind, um diese stabil zu halten. Das stabile Verhalten des Regelkreises wird allein durch die erfindungsgemaße magnetische Gegenkopplung zwischen dem Elektromagneten 1 und dem Hallgenerator 8 erreicht. Durch diese Art der Gegenkopplung bzw. Teilrück-

führung ergibt sich eine ganz besonders einfache, unkomplizierte und leicht verständliche elektronische Schaltung. Der Aufwand für Bauteile ist ein Minimum, die Sicherheit für ausfallende Teile dadurch entsprechend hoch.

In F i g. 3 ist ein konstruktives Ausführungsbcispiel der Erfindung dargestellt. Der Elektromagnet 1 und der Meßwertgeber 2 sind auf einer gemeinsamen Trägerplatte 20 in einem bestimmten, die erfindungsgemäße Gegenkopplung gewährleistenden Abstand

von der Führung»- oder Tragschiene befestigt. Der Meßwertgeber 2 besteht im wesentlichen aus einem Bügel 21 aus magnetischem Material, der über Stützen 22 aus nichtmagnetischem Material mit der Trägerplat'c 20 verbunden ist, aus dem Permanent-

magneten 23, der auf dem Bügf-l 21 rest angebracht ist und aus dem Hallgenerator 8, der mittels eines Plättchens 24 aus nie !!!magnetischem Material an dem Bügel 21 angebracht ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung für einen in einem Abstand von einer Schiene schwebend geführten Elektromagneten, bei der der Abstand zwischen Schiene und Elektromagnet mit einem neben dem Eiektiomagneien angeordneten Meßwertgeber erlaßt (Istwert) und mit einem Sollwert verglichen wird und auf Grund des Vergleiches die Erregung des. ic Elektromagneten gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertgeber (1) als magnetisch-elektrischer Wandler ausgebildet und derart im Feldbereich des Elektromagnticn (1) angeordnet ist, daß das Feld des Elektromagneten einen gegenkoppelnden Einfluß auf den Meßwert hat.

1 Anordnung nach Anspruch !. dadurch 0'--

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